4.2 Einstieg in das Programmiersystem Step7 für Automatisierungstechnik Simatic S7

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1 4.2 Einstieg in das Programmiersystem Step7 für Automatisierungstechnik Simatic S Installation Step7 Mit der lizensierten Software Step7 Professional werden installiert (Bild 4-1): der Simatic Manager der Simatic License Manager Alle erforderlichen Operationen in S7 Projekten wie Erstellen, Löschen, Umbenennen, Archivieren etc. werden allein mit dem Simatic Manager ausgeführt. Die Lizenz wird mit dem License Manager durch Übertragen eines Key bisher auf einer Authorisierungsdiskette geliefert - auf den Programmierrechner freigeschaltet. Ein Einzellizenz kann mit diesem Key wahlweise und zeitweise auf verschiedene Programmierrechner übertragen werden (Bild 4-2). Bild 4-1: Simatic Manager und License Manager License Key per Drag & Drop auf das gewünschte Speichermedium ziehen Bild 4-2 : Verschieben des License Key für die zeitweise Authorisierung unterschiedlicher PC Grundlagen der Automatisierungstechnik I: 4B. Einstieg in das Programmiersystem Step7 Seite 4B-1

2 4.2.2 Anlegen (oder Öffnen) eines Projektes Die Automatisierungsaufgaben werden in Projekten gelöst. Projekte können enthalten die Objekte - Hardware-Stationen - Programme und - Netze. Anlegen neuer Projekte Öffnen vorhandener Projekte Pfad zum Speicherort vorhandener Projekte Bild 4-3: Anlegen neuer und Öffnen vorhandener Simatic Projekte Für die nachfolgenden Darlegungen wird ein neues Projekt mit Namen Einstieg_S7 angelegt. Der Simatic Manager legt dann einen Projektbaum an vergleichbar mit dem Windows Explorer. Die Projektstruktur wird deshalb auch Projektexplorer bezeichnet.. Im leeren Projekt ist zunächst allein ein MPI-Objekt verfügbar Bild 4-4). Durch -> Einfügen werden weitere Objekte eingefügt.(bild 4-5). Bild 4-4: Leeres Projekt nach dem Anlegen Das Mehrpunkt-Interface MPI von Simatic S7 erlaubt die einfache Vernetzung von S7-Komponenten. Damit kann über Globaldatenkreise ein begrenzter Datenaustausch zwischen S7-CPU s erfolgen. MPI hat gegenüber Profibus-DP an Bedeutung verloren. Allerdings wird MPI noch häufig für die Verbindung von Programmierrechner und S7-CPU gewählt, um Programme und Hardware- Konfigurationen in die CPU einzutragen. Grundlagen der Automatisierungstechnik I: 4B. Einstieg in das Programmiersystem Step7 Seite 4B-2

3 Bild 4-5: Einfügen von Stationen, Netzen und Programmen in ein Projekt Die Hardware-Konfiguration Programme sind in allen Projekten erforderlich, nicht aber zwingend auch Netze und Hardware- Stationen. Die Hardware muss immer dann konfiguriert werden, wenn Stationen vernetzt oder wenn Parameter gegenüber den Default-Werten der Komponenten verändert werden müssen! Dies ist in aktuellen Aufgabenstellungen fast immer der Fall! HW-Konfiguration und Parametrierung hängen eng zusammen: Konfiguration ist die Anordnung der Baugruppenträger und zentralen sowie dezentralen Baugruppen mit Hilfe des Softwarewerkzeuges HW-Konfig. Mit der HW-Konfiguration wird ein Abbild aller Baugruppen der Automatisierungseinrichtung erstellt. Parametrierung ist das Festlegen des Verhaltens der Baugruppen durch Einstellung bestimmter Parameter. Bild 4-6 zeigt beispielhaft die Vorgehensweise bei der Hardware-Konfiguration. Dabei sind folgende Details sind sichtbar: im Arbeitsfeld unten links die Konfiguration der (zentralen) Automatisierungsstation: Es wurden bereits eingefügt das Rack-300 (Profilschiene), ein Netzteil auf Steckplatz 1 und eine CPU 315-2PN/DP auf Steckplatz 2. im Arbeitsfeld oben links die Übersicht über alle (vernetzten) Komponenten, im Beispiel kein Netz. im Katalog rechts die Übersicht über die verfügbaren Komponenten, darunter im Schriftfeld Detailbeschreibungen der ausgewählten Komponente Wichtige Begriffe und Abkürzungen für HW-Konfig: Baugruppen: Rack Profilschiene als Träger der Baugruppen PS Power Supply (Netzteile) CPU Central Processor Unit (Zentraleinheit) IM Interface-Module mit Sende- oder Empfangsfunktion für mehrzeiligen Aufbau CP Communication Processor (Kommunikationseinheit) Grundlagen der Automatisierungstechnik I: 4B. Einstieg in das Programmiersystem Step7 Seite 4B-3

4 FM SM Funktionsmodul (für speziellen hardwareunterstützte Funktionen) Signalmodul DI Digitale Eingänge (Digital Input) AI Analoge Eingänge (Analog Input) DO Digitale Ausgänge (Digital Output) AO Analoge Ausgänge (Analog Output) Steckplatznummer: Die Steckplätze im Rack werden nummeriert. Für einzeiligen Aufbau von S7-300 gilt: Steckplatz 1: PS Steckplatz 2: CPU Steckplatz 3: IM oder Dummy Steckplatz : SM Schritt 1: Einfügen einer S7-300-Station optional: Umbenennen der Station 1 x 2 x Schritt 2: Zugang zur Hardware durch Mausklick Schritt 3: Öffnen des Tools HW-Konfig durch Mausklick Bild 4-6: Der Weg zur HW-Konfiguration Grundlagen der Automatisierungstechnik I: 4B. Einstieg in das Programmiersystem Step7 Seite 4B-4

5 Steckplatzabhängige Adressierung (Bild 4-7): Digitale Baugruppen: Pro Steckplatz werden 4 Byte vergeben (für bis zu 32 Ein- oder Ausgänge). Standard S7-300: Adressbereich Byte 0 bis Byte 127 Grenzen sind abhängig von der Größe des Prozessabbildes der speziellen CPU. Analoge Baugruppen: Pro Steckplatz werden 8 Byte vergeben (für bis zu 8 analoge Kanäle) Standard S7-300: Adressbereich Byte 256 bis 766 Diese Grenzen sind abhängig von der Größe des Prozessabbildes der speziellen CPU Eingangsbyte EB 0, EB1, EB2 und EB 3 bzw. Eingangsworte EW0 und EW2 bzw. Eingangsdoppelwort ED0 bzw. Eingänge E0.0...E0.7, E1.0...E1.7, E2.0...E2.7, E Ausgangsbyte AB 4, AB 5, AB 6 und AB 7 Eingangsbyte EB 8 und Ausgangsbyte AB 8 Analoge Eingangskanäle Peripherieworte PEW 304 (PEB 304 und 305) und PEW 306 (PEB 306 und PEB 307) Bild 4-7: HW-Konfiguration mit steckplatzabhängiger Adressierung der Signalmodule Grundlagen der Automatisierungstechnik I: 4B. Einstieg in das Programmiersystem Step7 Seite 4B-5

6 Freie Adressierung (Bild 4-8): Leistungsfähige CPU wie z.b. die CPU 315-2DP/PN erlauben im Rahmen gültiger Grenzen auch freie Adressierung. 2 x Wahl freier Adressen durch Parametrierung nach Ausschalten der Systemvorgabe Eingangsbyte EB 20 und Ausgangsbyte AB 24 Bild 4-8: Vorgehensweise bei freier Adressierung Parametrierung von Baugruppen Aktuelle Baugruppen erlauben die Einstellung von Parametern per Software anstelle Wickelbrücken, DIL-Schaltern etc. Die Parametrierung erfolgt durch Öffnen der Baugruppen in HW-Konfig. Bild 4-9 zeigt beispielhaft den Zugang zur Parametereinstellung in einer CPU und in einer analogen Eingangsbaugruppe. Grundlagen der Automatisierungstechnik I: 4B. Einstieg in das Programmiersystem Step7 Seite 4B-6

7 2 x 2 x Bild 4-9: Beispiel für die Parametrierung einer CPU und einer analogen Eingangsbaugruppe Systemdaten Sobald eine programmierbare Baugruppe zumeist eine CPU in eine HW-Konfiguration eingefügt wird, ist untrennbar damit ein (hardwareabhängiges) Programm verbunden. Durch Speichern und Übersetzen der HW-Konfiguration werden Systemdaten erzeugt. Diese sind ein Abbild der Konfiguration. Sie werden im Bausteinbehälter des hardwareabhängigen Programms abgelegt (Bild 4-10). Sobald Konfigurationen und Parameter festzulegen waren, sind diese anschließend in Form der Systemdaten in die CPU zu laden. Dies kann direkt durch Laden der Systemdaten erfolgen oder aber auch durch Laden der HW-Konfiguration. Grundlagen der Automatisierungstechnik I: 4B. Einstieg in das Programmiersystem Step7 Seite 4B-7

8 Laden der HW-Konfig Speichern und Übersetzen erzeugt die Systemdaten Systemdaten HW-abhängiges Programm ist unter einer HW-Station angeordnet Der Bausteinordner enthält Systemdaten HW-unabhängiges Programm ist unter der Projektwurzel angeordnet Bild 4-10: Erzeugen der Systemdaten durch -> Speichern und Übersetzen. Die Systemdaten werden im Bausteinordner des hardwareabhängigen Programms (hier Automatikbetrieb) abgelegt. Grundlagen der Automatisierungstechnik I: 4B. Einstieg in das Programmiersystem Step7 Seite 4B-8

9 4.2.4 Der Projektbaum (Projektexplorer) Bild 4-10 zeigt eine Projektstruktur, wie sie durch Einfügen von Hardware und Programmen entsteht. Das Beispielprojekt enthält eine HW-Konfiguration mit hardwareabhängigem Programm Automatikbetrieb sowie zwei hardwareunabhängige Programme Havarieprogramm_1 sowie Einrichtbetrieb. Alle Programme enthalten neben Quellen einen Bausteinordner. Quellen dienen zum Überleiten strukturierter Texte von Texteditoren in Step7-Programme. In die CPU werden neben erforderlichen Systemdaten die jeweils erforderlichen Programmbausteine geladen Programmeditor und Programm Ein S7-Programm besteht aus Bausteinen. Mit ihnen kann ein Programm gegliedert und strukturiert werden. Organisationsbausteine (OB s) unterschiedlicher Priorität werden vom Betriebssystem aufgerufen. Der Baustein OB1 mit der niedrigsten Priorität 1 organisiert die zyklische Programmbearbeitung. Funktionen (FC s) nehmen Programme auf. Sie fungieren wie Unterprogramme. FC s verfügen über keinen speziell zugeordneten Datenspeicher. Da FC s nicht vom Betriebssystem erkannt werden, müssen sie in das zyklisch bearbeitete Programm eingebunden werden (Unterprogramm aufrufen!). Funktionen können als parametrierbare Bausteine geschrieben werden. Funktionsbausteine (FB s) nehmen Programme auf. Sie fungieren wie Unterprogramme. FB s verfügen mit den Instanzdatenbausteinen über einen speziell zugeordneten Datenspeicher ( Gedächtnis ). Da FB s nicht vom Betriebssystem erkannt werden, müssen sie in das zyklisch bearbeitete Programm eingebunden werden ( Unterprogramm aufrufen!). Funktionsbausteine können als parametrierbare Bausteine geschrieben werden. Datenbausteine (DB s) enthalten globale Anwenderdaten und keine Programme. Sie werden nicht aufgerufen. Vielmehr greifen OB s, FC s und FB s lesend oder schreibend auf Datenbausteine zu. Bausteine in den Bausteinordner eines Programms einfügen Nach Markieren des Bausteinordners kann man mit -> Einfügen S7-Bausteine einfügen. Dazu wählt man den Typ Funktion, Funktionsbaustein, Organisationsbaustein oder Datenbaustein (Bild 4-11 ). Variablentabellen (VAT) dienen zum Beobachten und Steuern von Operanden und sind an sich keine S7-Bausteine, sie werden aber wie solche behandelt (siehe Abschnitt 4.18). In Bild 4-11 wurde eine Funktion FC1 eingefügt und dabei ein symbolischer Name sowie ein erklärender Kommentar festgelegt. Weiter wurde Funktionsbausteinsprache (Funktionsplan, FUP) als Programmiersprache gewählt (siehe Abschnitt Die klassischen Programmiersprachen). Den Programm-Editor öffnen Durch Mausklick auf den wünschten Baustein wird der Editor geöffnet (Bild 4-12). Sein Erscheinungsbild ist von der gewählten Sprache abhängig. Nur in den grafischen Sprachen KOP und FUP, nicht aber in AWL, steht ein Katalog der wesentlichsten Operationen zur Verfügung. Das Fenster des Editors ist bezeichnet mit KOP/AWL/FUP. Grundlagen der Automatisierungstechnik I: 4B. Einstieg in das Programmiersystem Step7 Seite 4B-9

10 Bild 4-11: Einfügen der Funktion FC1 in den Bausteinordner des Programms Automatik 2 x Eingabefeld der Sprache FUP Operationen der Sprache FUP Bild 4-12: Öffnen des Programmeditors durch Mausklick auf Baustein im Simatic Manager Grundlagen der Automatisierungstechnik I: 4B. Einstieg in das Programmiersystem Step7 Seite 4B-10

11 Programmanweisungen schreiben Der Einstieg erfolgt in der Funktionsbaustein-Sprache FUP Nach dem Öffnen des Editors werden die Programmanweisungen geschrieben (Bild 4-13). Für Sprache FUP gilt: Rote Fragezeichen fordern zwingend den Eintrag von Operanden. Drei Punkte stehen für Wahlfreiheit, ob an dieser Stelle ein Operand geschrieben wird oder nicht. Netzwerke einfügen...oder Programmelemente hier auswählen Drag ad Drop oder 2x... Bild 4-13: Arbeit im FUP-Editor mit Operationen der Bitverknüpfung. Auch in der Symbol-Leiste finden sich häufig benutzte Bit-Operationen Mit Netzwerken werden Programme innerhalb eines Bausteins gegliedert. Sie sind zwingend erforderlich in den grafischen Sprachen KOP und FUP, nicht aber in AWL. Netzwerke sollten Überschriften (Titel) und Kommentare erhalten! Funktionen oder Funktionsbausteine aufrufen Unter Aufrufen versteht man umgangssprachlich, die Unterprogramme in Form von FC s oder FB s so in das Gesamtprogramm einzubinden, dass diese bearbeitet werden. In den grafischen Sprachen wie FUP und KOP werden alle bereits geschriebenen FC s und FB s genau wie Programmanweisungen im Katalog derselben abgelegt. Ihr Aufruf in anderen Bausteinen kann deshalb ähnlich der Vorgehensweise bei Programmanweisungen per Drag an Drop erfolgen (Bild 4-14 ). Nicht zugeordnete Funktionen und Funktionsbausteine werden nicht bearbeitet! Verwendung von Eingang EN (Enable = Freigabe) und Ausgang ENO (Enable Out): In den grafischer Sprachen wie FUP und KOP erleichtert der Eingang EN die Programmierung bedingter Wirkung von Programmanweisungen. In AWL müssen diese dagegen durch Sprungbefehle programmiert werden! EN erlaubt Freigabe oder Sperrung der Operation (hier Aufruf von FC1): Wird an EN kein Boolescher Operator geschrieben, wird die Operation immer ausgeführt. Bei Anschreiben eines Booleschen Operators wird die Operation nur dann ausgeführt, wenn dieser den Wert TRUE hat. Der Boolesche Ausgang ENO ist TRUE, wenn die Operation fehlerfrei ausgeführt wird. An diesem Ausgang können Programmanweisungen oder aber andere EN-Eingänge angeschaltet werden. Durch Verschalten von ENO und EN entstehen Ketten grafischer Programmanweisungen. Grundlagen der Automatisierungstechnik I: 4B. Einstieg in das Programmiersystem Step7 Seite 4B-11

12 Mit der Einbindung des FC1 in den Baustein OB1 werden die Anweisungen des FC1 zyklisch bearbeitet. Drag and Drop oder 2x Bild 4-14: Einbinden eines FC in den Organisationsbaustein OB Zyklische Programmbearbeitung (Siehe hierzu Abschnitt 1.5.3: Programmbearbeitung, Prozess-Abbilder und Mehrfachzuweisungen) Im System Simatic S7 kann die Programmbearbeitung zyklisch (OB1), zeitzyklisch (z.b. OB 35) und ereignisgesteuert (z.b. OB 86) erfolgen. OB1 organisiert die zyklische Programmbearbeitung. Nur Organisationsbausteine werden vom Betriebssystem aufgerufen, alle anderen Bausteine müssen durch Aufruf eingebunden werden (im Bild 4-15 mit AWL Operation CALL). Das Schema zeigt einen vom OB1 organisierten Zyklus. Der Zyklus muss in jedem Falle auch bei zeitweiliger Nichtbearbeitung von Programmteilen erhalten bleiben! Seine Zeitdauer wird von der CPU überwacht. (Defaultwert der Zyklusüberwachungszeit 150 ms). Bei Überschreitung geht die CPU in STOPP: OB1 CALL FC A FC A CALL FB B Instanzdatenbaustein DB X FB B CALL FB C Instanzdatenbaustein DB Y FB C OB1 organisiert die zyklische Programmbearbeitung Bild 4-15: Schema der zyklischen Programmbearbeitung von OB1, FC A, FB B und FB C. Grundlagen der Automatisierungstechnik I: 4B. Einstieg in das Programmiersystem Step7 Seite 4B-12

13 4.2.7 Gliederung und Strukturierung von Programmen Wird die Abarbeitung eines Programms nicht durch OB s organisiert, muss das Programm den Baustein OB1 enthalten. Ein vom Umfang her begrenztes Programm kann durchaus allein im OB1 ohne Verzweigungen zu anderen Bausteinen niedergeschrieben werden. Ein solches Programm bezeichnet man als lineares Programm (Bild 4-16). In einzelne Bausteine FC s und FB s gegliederte Programme sind gegenüber linearen Programmen übersichtlicher. Bei Änderungen müssen nur bestimmte Bausteine berücksichtigt werden. In der Automatisierungstechnik müssen oftmals gleichartige Programmteile mehrfach angewendet werden. Dann ist zu empfehlen, Programme ohne Bezug auf Hardware (keine Operanden E, A, M, T, T, DB!) als parametrierbare Bausteine zu schreiben. Erst beim Aufruf werden diesen Programmen die aktuellen Parameter übergeben (siehe Abschnitt 4.13). Strukturiert man mit parametrierbaren Bausteinen, dann können Programmteile in anderen Programmen wiederwendet werden oder aber mehrmals im gleichen Programm. In Fachkreisen spricht man erst bei Anwendung parametrierbarer Bausteine von strukturierten Programmen. Lineares Programm Gegliedertes Programm Strukturiertes Programm OB1 Messung_1 Auswertung_1 Meldung_1 Messung_2 Auswertung_2 Meldung_2 Messung_3 Auswertung_3 Meldung_3 OB1 Aufruf FC1 Aufruf FC2 Aufruf FC3 Aufruf FC4 Aufruf FC5 Aufruf FC6 Aufruf FC7 Aufruf FC8 FC 1 Messung_1 FC 2 Auswertung_1 FC 3 Meldung_1 FC 4 Messung_2 FC 5 Auswertung_2 FC 6 Meldung_2 FC 7 Messung_3 FC 8 Auswertung_3 OB 1 Aufruf Messung für Messstelle 1 Aufruf Auswertg. für Messstelle 1 Aufruf Meldung für Messstelle 1 Aufruf Messung für Messstelle 2 Aufruf Auswertg. für Messstelle 2 Aufruf Meldung für Messstelle 2 Aufruf Messung für Messstelle 3 Aufruf Auswertg. für Messstelle 3 Aufruf Meldung für Messstelle 3 jeweilige Parameterübergabe parametrierbare FC Messung parametrierbare FC Auswertung parametrierbare FC Meldung Aufruf FC9 FC 9 Meldung_3 Bild 4-16: Schema für lineare, gegliederte und strukturierte Programme (anstelle mit Funktionen (FC) könnte prinzipiell auch mit Funktionsbausteinen (FB) gearbeitet werden) Grundlagen der Automatisierungstechnik I: 4B. Einstieg in das Programmiersystem Step7 Seite 4B-13

14 4.2.8 Datenhaltung Daten der Anwenderprogramme können global oder lokal deklariert werden: Globale Daten können von allen Bausteinen des Programms geschrieben und gelesen werden. Lokale Daten gelten nur in dem Baustein, in welchem sie deklariert wurden. Gleiche Namen lokaler Daten in unterschiedlichen Bausteinen beeinflussen sich nicht. Eine Besonderheit des Systems Simatic S7 gegenüber der Norm IEC ist die Pflicht des Programmierers, globale Daten selbst zu adressieren. Dazu stehen unterschiedliche Speicherbereiche zur Verfügung. Weiter erfolgt bei Simatic S7 die Einbindung von Ein- und Ausgangssignalen in ein Programm nicht durch Legen von Variablen auf Adressen, sondern durch Ansprechen der Werte in den Prozessabbildern PAE und PAA mit den Operanden E und A und deren Adressen. Der Begriff der Variablen und die Variablendeklaration spielen deshalb in Step7 nicht die zentrale Rolle wie in IEC-Programmiersystemen. Lokale Variablen in FC s und FB s werden allerdings strikt gemäß IEC angewendet. Bild 4-18 zeigt die globalen Daten in der Übersicht mit ihren Kennungen sowie Beispiele der Adressierung Hierzu auch Abschnitt Signale, Daten und Speicher Der Merkerbereich dient zur Ablage von Zwischenergebnissen jeder Art, wenn diese global verfügbar sein müssen. Seine Größe ist abhängig von der CPU und kann z.b Byte betragen. Auf Merker kann im Format Bit, Byte, Wort oder Doppelwort zugegriffen werden. Binäre Merker werden mit Kennzeichen M und Bytenummer. Bitnummer adressiert. Die Adresse von Wort und Doppelwort richtet sich stets nach dem niederwertigsten enthaltenen Byte (Bild 4.17). Adressieren eines BOOL / Bit: Byteadresse Bitadresse Adressieren eines BYTE: Byteadresse Adressieren eines WORD: Byteadresse des niederwertigen BYTE Adressieren eines DWORD: Byteadresse des niederwertigsten der vier BYTE. Bildliche Darstellung: Bit mit Wert 0 0 Bit mit Wert 1 1 Byte Bit Bit Bit Byte 102 Byte 103 Wort oder Wort 102 Bit Bit Bit Bit Bit Bit Bit Bit Bit Bit Bit Bit Doppel- Wort 102 Byte 102 Byte 103 Byte 104 Byte 105 Bild 4-17: Regeln der Adressierung im System Simatic In gleicher Weise werden Eingänge und Ausgänge als Bit, Bit, Wort und Doppelwort angesprochen. Beispiele: E 22.0; EB 22; EW 22; ED 22 A 40.2; AB 40; AW 40; AD 40 Grundlagen der Automatisierungstechnik I: 4B. Einstieg in das Programmiersystem Step7 Seite 4B-14

15 Programmierrechner HW- Konfiguration Anwenderprogramm Kommentare Datenvorköpfe Symboltabelle Systemspeicher (CPU) Operanden Beispiel Prozessabbild der Eingänge PAE Binärer Eingang (Eingangsbit) Eingangsbyte Eingangswort Eingangsdoppelwort E E 4.0 EB 4 EW 4 ED 4 Prozessabbild der Ausgänge PAA Binärer Ausgang (Ausgangsbit) Ausgangsbyte Ausgangswort Ausgangsdoppelwort A A 12.0 AB 12 AW 12 AD12 Merker Merkerbit M 1.0 Merkerbyte MB 1 M Merkerwort MW 2 Merkerdoppelwort MD 2 Zeitglieder Zeitworte der Timer T T0... T63... Zähler Zählerworte der Counter Z Z0... Z63... Ladespeicher (CPU) Aktuell erforderliche Teile des Anwenderprogramms Systemdaten Maschinencode des Anwenderprogramms 1) Datenbausteine Datenbit DB2.DBX 4.0 Datenbyte DB2.DBB 4 DB Datenwort DB2.DBW 4 Datendoppelwort DB2.DBD 4 PE PA Arbeitsspeicher (CPU) Aktuell erforderliche Teile der Systemdaten Systemspeicher (Direkter Zugriff auf E/A Baugruppen) Peripherie von Eingangskarten Peripherieeingangsbyte Peripherieeingangswort Peripherieeingangsdoppelwort PE PEB 8 PEW 8 PED 8 Peripherie von Ausgangskarten Peripherieausgangsbyte Peripherieausgangswort Peripherieausgangsdoppelwort PA PAB 20 PAW 20 PAD 20 1) Maschinencode des Anwenderprogramms ohne Symbole, Kommentare und Datenvorköpfe! Bild 4-18: Übersicht über die Datenhaltung im System Simatic S7 Grundlagen der Automatisierungstechnik I: 4B. Einstieg in das Programmiersystem Step7 Seite 4B-15

16 Das Gros der Anwenderdaten wird in globalen Datenbausteinen verwaltet. Abhängig von der Leistungsfähigkeit der CPU kann man z.b. 511 Datenbausteine DB 1 bis DB 512 nutzen. Jeder Datenbaustein kann beispielsweise bis zu (16k) Byte enthalten. Vom Grundsatz her werden Daten in Datenbausteinen byteweise organisiert, aber als Bit, Byte, Wort oder Doppelwort angesprochen (Bild 4-19). Im Datenbaustein selbst erscheinen Wortadressen (Bild 4-21). Bild 4-19: Regeln der Adressierung von Elementen globaler Datenbausteine Datenbyte Datenbyte DBB0 Datenwort DBW2 Datendoppelwort DBD6 0 Datenbit DBX12.4 Globale Datenbausteine werden wie Funktionen und Funktionsbausteine in den Bausteinordner eines Programms eingefügt (Bild 4-20). Bild 4-20: Einfügen des globalen Datenbausteins DB 1 mit Namen Prozessdaten in den Bausteinordner Beim Anlegen der Datenworte im Datenbaustein werden Name und Datentyp und bei Bedarf ein Anfangswert festgelegt Standarddatentypen können dabei aus einer Liste ausgewählt werden. Im Bild 21 wurden 3 Daten deklariert: DB1.DBW0 mit Namen Zeitwert1 vom Typ S5Time und Anfangswert 2s DB1.DBW2 mit Namen Teilezahl vom Typ INTEGER DB1.DBX4.0 mit Namen Meldebit vom Typ BOOL. Der Sollwert vom Datentyp REAL würde Adresse DB1.DBD6 erhalten. Grundlagen der Automatisierungstechnik I: 4B. Einstieg in das Programmiersystem Step7 Seite 4B-16

17 Rechtsklick Bild 4-21 : Deklaration von globalen Daten in einem Datenbaustein Datenformate Step7 verwendet weitgehend die nach IEC definierten elementaren und zusammengesetzten Datentypen. Zusammengesetzte Datentypen wie ARRAY und STRUCT sowie spezielle User defined Typs (UDT) werden im Abschnitt 14 behandelt. Nachfolgende Tabelle zeigt die allgemeinste Übersicht der elementaren IEC-Datentypen. Mit dem Schlüsselwort ANY_ fasst man elementare Datentypen in fünf Gruppen zusammen: - Bitfolgen: ANY_BIT - Alle Zahlen: ANY_NUM - Ganzzahlen mit und ohne Vorzeichen: ANY_INT - Gleitpunktzahlen: ANY_REAL - Datum, Zeitpunkt: ANY_DATE - Zeichenfolge, Zeitdauer ANY (allgemeinste Vorgabe) ANY ANY_BIT ANY_NUM ANY_DATE ANY_INT ANY_REAL BOOL BYTE WORD DWORD LWORD INT SINT DINT LINT UINT USINT UDINT ULINT REAL LREAL DATE TIME_OF_DAY DATE_AND_TIME TIME STRING Bedeutung der Schlüsselworte: DWORD: Double Word: Doppelwort LWORD: Long Word: Langwort INT: Integer: Ganzzahl SINT: Short Integer: kurze Ganzzahl DINT: Double lnteger: Doppelte Ganzzahl LINT: Long Integer: Lange Ganzzahl UINT: Unsigned Integer: Ganzzahl ohne Vorzeichen ( ) USINT: Unsigned Short Integer: kurze Ganzzahl ohne Vorzeichen ( ) UDINT: Unsigned Double Int: Doppelte Ganzzahl ohne Vorzeichen ( ) ULINT: Unsigned Long Integer: Langzahl ohne Vorzeichen ( REAL: Real: Gleitpunktzahl LREAL: Long Real: Lange Gleitpunktzahl Step7 unterstützt nicht alle Datentypen. Nachfolgende elementare Datenformate bilden das unverzichtbare Grundgerüst der Datentypen (Bild 4-22). Grundlagen der Automatisierungstechnik I: 4B. Einstieg in das Programmiersystem Step7 Seite 4B-17

18 Schlüsselwort Datentyp Größe Schreibweise / Wertebereiche Bit-Datentypen BOOL BYTE WORD DWORD LWORD CHAR Boolesche Variable 8 Bit-Folge oder 2 Hex-Zahlen 16 Bit-Folge oder 4 Hex-Zahlen 32 Bit-Folge oder 8 Hex-Zahlen 64 Bit-Folge oder 16 Hex-Zahlen ASCII-Zeichen 1 Bit 8 Bit 16 Bit 32 Bit 64 Bit 8 Bit FALSE (0), TRUE (1) B#16#00...FF W#16# FFFF DW#16#0000_ FFFF_FFFF LW#16#0...FFFF_FFFF_FFFF_FFFF X, +, & Arithmetische Typen INT DINT REAL Ganze Zahlen (Festpunktzahlen) Ganze Zahlen (Festpunktzahlen) Reelle Zahlen (Gleitpunktzahlen) 16 Bit 32 Bit 32 Bit ( ) L# Beispiel: oder e+02 Zeittypen TIME TIME OF DAY DATE DATE_AND_TIME S5TIME Zeitdauer (IEC) Uhrzeit (Tageszeit) Datum Zeitstempel: Datum und Uhrzeit Zeitdauer (S5-Format, nur bei Step7) 32 Bit 32 Bit 32 Bit 32 Bit 16 Bit TIME# -24d20h31min d20h31min TOD# 23:59:59.9 DATE# DT# :15:30 S5T# 0ms s Bild 4-22: Die wichtigsten Datentypen bei der Arbeit mit Step7 Erläuterungen zu den Datentypen für Zeit und Datum Datentyp Schlüsselwort Interne Wertung Zeitdauer TIME Zeitdauer in Millisekunden Tageszeit TIME_OF_DAY oder TOD Zeit im Millisekunden ab 00:00Uhr Datum DATE Zeit in Sekunden ab :00 Uhr Datum und Uhrzeit (Zeitstempel) DATE_AND_TIME oder DT Zeit in Sekunden ab :00 Uhr TIME: Zeitbasis ist die Millisekunde. Jede andere Zeitangabe wird intern in eine Anzahl von Millisekunden umgerechnet. Die Gesamtzahl von Millisekunden steht dualcodiert in einem 32 Bit breiten Doppelwort (DWORD). Der größtmögliche Dezimalwert eines Doppelwortes ist Werden größere Werte vorgegeben, meldet das System CoDeSys den Fehler Überlauf in Zeitkonstante. Es ist aber zu beachten, dass die Datenbreite in unterschiedlichen Programmiersystemen auch systemabhängig sein kann. TOD: Auch wenn die Tageszeit im Klartext eingetragen werden kann, so wird sie intern doch als Anzahl der Millisekunden ab 00:00 Uhr gewertet. DATE: Auch hier wird die Angabe in Klartext intern in eine Anzahl von Sekunden ab dem festgelegten Zeitpunkt :00 Uhr umgerechnet. DT: ebenfalls Umrechnung in die Anzahl von Sekunden ab dem festgelegten Zeitpunkt :00 Uhr Intern werden alle Zeitdaten-Typen wie DWORD behandelt! Grundlagen der Automatisierungstechnik I: 4B. Einstieg in das Programmiersystem Step7 Seite 4B-18

19 Erläuterungen zu den Datentypen INT, DINT und REAL Die Inhalte von Ganzahlen im Umfang von Byte, Wort und Doppelwort können im Dezimal-Code, Dual-Code oder Hexadezimal-Code angegeben werden. Das Automatisierungsgerät arbeitet grundsätzlich nur auf Basis des Dualcodes. Aus ihm werden alle anderen Codes abgeleitet. Der Hexadezimalcode dient zur Eingabe und zur Anzeige des Inhaltes von Datenelementen anstelle des unübersichtlichen Dualcodes. Dazu wird jeweils eine Tetrade von 4 Bit zu einer Hexadezimalziffer zusammengefasst. Bei INT-Datentypen gilt: Das höchstwertige Bit enthält das Vorzeichen: Wert 0 = positiv, Wert 1 = negativ Negative Zahlen werden im Zweierkomplement angegeben. Zweierkomplemente ermittelt man durch Umkehr aller Bitwerte und Addition eines Bitwertes, wobei Überträge zu berücksichtigen sind. REAL werden nicht mit Komma, sondern mit Punkt eingegeben Um sowohl sehr kleine Kommazahlen wie z.b als auch große Kommazahlen wie z.b mit 32 Bit verschlüsseln zu können, wird bei REAL das Prinzip des gleitenden Kommas benutzt. Intern wird dazu die exponentielle Darstellung der Zahlen und eine festgelegte Anzahl Bits jeweils für Mantisse und für Exponent verwendet (Bild 4-24). Beispiele: Dezimalzahl 662, darstellbar als INT := 662, im Dualcode 2# 0000_0001_0100_1010 oder im Hexacode W#16# 0296 Bit 15 Bit 0 Dual: 2# Hex: W#16# x16 0 = 6 +9x16 1 =144 +2x16 2 = Die Hexaziffern für die Darstellung von vier Bit: Tetrade Dezimal Hex-Ziffer Tetrade Dezimal Hex-Ziffer A B C D E F Beispiel: 2# 1110_1010_0001_1000_1111_0111_1011_1001 DW#16# E A 1 8 F 7 B 9 Dezimal: Bild 4-23: Erläuterungen zu Dual- und Hexadezimalcode Grundlagen der Automatisierungstechnik I: 4B. Einstieg in das Programmiersystem Step7 Seite 4B-19

20 Bild 4-24: Prinzip der Verschlüsselung von 32 Bit-Gleitpunktzahlen (Bildquelle: Siemens AG Lehrgang SPS-Techniker) Binär codierte Dezimalzahlen (BCD-Code) Zifferncodierschalter und 7-Segment-Anzeigen enthalten Codewandler, die eine Tetrade in eine Dezimalziffer wandeln. Grundlage für die Darstellung einer Dezimalziffer durch vier Bit ist der Dualcode. Der BCD-Code ist ein Code, bei dem eine Dezimalzahl nicht als Ganzes in den Dualcode überführt wird, sondern jede einzelne Dezimalziffer für sich. Dezimalziffer Dualcode der Hexacode Dezimalziffer = BCD 0 2# # 0 1 2# # 1 2 2# # 2 3 2# # 3 4 2# # 4 5 2# # 5 6 2# # 6 7 2# # 7 8 2# # 8 9 2# # 9 Weiter 2# # A verfügbare 2# 1011 In BCD 16# B Tetraden 2# 1100 nicht 16# C 2# 1101 erlaubt! 16# D 2# # E 2# # F Erkenntnis: Im Bereich der Dezimalziffern 0..9 sind BCD- und Hexacode formal gleich. Die Hexa-Ziffern A..F sind im BCD-Code nicht erlaubt! Bei Simatic S7 wirken fehlerhafte BCD- Tetraden, die zu Ziffern A..F führen würden, als Stopp-Fehler! Grundlagen der Automatisierungstechnik I: 4B. Einstieg in das Programmiersystem Step7 Seite 4B-20

21 Beispiel: vierstellige Zahl im BCD-Code, dargestellt durch vier Tetraden: Codewandler 0 I I 0_0 0 I 0_I 0 0 I_0 0 0 I 0 I I I 0 I 0 0 I I Im Gegensatz dazu ist der Dualcode von 6291: 2# I_I 00 0_I 0 0 I_ 0 0 I I Codewandler Bild 4-25: Erläuterungen zum BCD-Code Bei den speziellen Simatic S5 Timern und S5-Zählern die auch in Step7 weiter verwendet werden -, liefern die Ausgänge DEZ Inhalte im BCD-Code. Die Ausgänge DUAL liefern die gleichen Inhalte im Dualcode. Z5 Zaehler T10 ZV S_EVERZ ZR S TW DUAL DEZ Restzeit im BCD-Code S ZW DUAL DEZ Zaehlerwert im BCD-Code R Q R Q Bild 4-26: BCD-Code bei S5-Timern und S5-Zählern So wie zunehmend Codierschalter und 7-Segment-Anzeigen durch Touch Panels ersetzt werden, verliert der BCD-Code an Bedeutung. BCD ist in IEC nicht explizit definiert! Ansprechen einzelner Bit s in Datenelementen: Einzelne Bits von elementaren Daten im Merker- oder Datenbaustein-Bereich spricht man mit der Bitadresse an, z.b. Bit 3 des WORD Teilezahl in MW 100: M Bit 3 des WORD Teilezahl in DB1.DBW2: DB1.DBX2.3 Grundlagen der Automatisierungstechnik I: 4B. Einstieg in das Programmiersystem Step7 Seite 4B-21